Modélisation prédictive des parcours de soins à l'aide de techniques de process mining et de deep learning

Predictive modeling of patient pathways using process mining and deep learning

• Auteur / Autrice : Hugo De oliveira
• Direction : Vincent Augusto, Xiaolan Xie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel
• Date : Soutenance le 26/11/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Ingénierie et Santé / CIS-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Bacry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Bacry, Clarisse Dhaenens, Frédérique Laforest, Laurence Watier, Ludovic Lamarsalle, Martin Prodel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clarisse Dhaenens, Frédérique Laforest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Explication

Exploration de données

Apprentissage profond

Parcours de soins coordonnés

Mots clés libres

Modélisation prédictive

Parcours patient

Données médico-administratives

Deep learning

Process Mining

Explicabilité

Process Mining

Deep Learning

Predictive modeling

Patient pathway

Non-clinical claims data

Xplainability

Résumé

Les bases de données médico-administratives sont des bases de données de santé particulièrement exhaustives. L’objectif de ce travail réside dans le développement d’algorithmes prédictifs à partir des données de parcours patients, considérant la complexité des données médico-administratives et produisant des résultats explicables. De nouveaux modèles de processus et un algorithme de process mining adapté sont présentés, modélisant les transitions et leurs temporalités. Une solution de prétraitement des journaux d’événements est également proposée, permettant une représentation des évènements complexes caractérisés par de multiples codes appartenant à différents systèmes de codage, organisés en structures hiérarchiques. Cette méthode de clustering par auto-encodage permet de regrouper dans l’espace latent les événements similaires et produit automatiquement des labels pertinents pour le process mining, explicables médicalement. Un premier algorithme de prédiction adapté aux parcours est alors proposé, produisant via une procédure d’optimisation un modèle de processus utilisé pour classifier les parcours directement à partir des données de journaux d’événements. Ce modèle de processus sert également de support pour expliquer les patterns de parcours distinctifs entre deux populations. Une seconde méthode de prédiction est présentée, avec un focus particulier sur les événements médicaux récurrents. En utilisant des images pour modéliser les parcours, et une architecture d’auto-encodage variationnel modifiée pour l’apprentissage prédictif, cette méthode permet de classifier tout en expliquant de manière globale, en visualisant une image des facteurs prédictifs identifiés.

Initially created for a reimbursement purpose, non-clinical claim databases are exhaustive Electronic Health Records (EHRs) which are particularly valuable for evidence-based studies. The objective of this work is to develop predictive methods for patient pathways data, which leverage the complexity of non-clinical claims data and produce explainable results. Our first contribution focuses on the modeling of event logs extracted from such databases. New process models and an adapted process discovery algorithm are introduced, with the objective of accurately model characteristic transitions and time hidden in non-clinical claims data. The second contribution is a preprocessing solution to handle one complexity of such data, which is the representation of medical events by multiple codes belonging to different standard coding systems, organized in hierarchical structures. The proposed method uses auto-encoders and clustering in an adequate latent space to automatically produce relevant and explainable labels. From these contributions, an optimization-based predictive method is introduced, which uses a process model to perform binary classification from event logs and highlight distinctive patterns as a global explanation. A second predictive method is also proposed, which uses images to represent patient pathways and a modified Variational Auto-Encoders (VAE) to predict. This method globally explains predictions by showing an image of identified predictive factors which can be both frequent and infrequent.